導入
静電気学では、クーロンの法則は、 2 つの荷電粒子間の電気的相互作用の強さを表します。これは、1785 年にこの理論を述べたフランスの物理学者シャルル・オーギュスタン・ド・クーロンにちなんで名付けられ、静電気学の基礎を形成します。それは次のように言えます。
- 2 つの電荷間の静電力の強さは 2 つの電荷の積に比例し、2 つの電荷間の距離の 2 乗に反比例します。力は 2 つの装薬を通過する線によって伝わります。
歴史的な実験による決定
シャルル・ド・クーロンは、非常に弱い相互作用力を検出するために開発したクーロン天秤を使用して実行された数多くの測定の後、1785 年に静電相互作用の法則を述べました。平衡時のねじれ角を測定することで反発力の強さを知ることができるねじりバランスです。引力の場合、システムの振動を研究することで力の強さを決定することができます。
ねじり特性が事前に確立されている垂直ワイヤに取り付けられた水平ロッドの端に電荷が置かれます。測定の原理は、垂直ワイヤのねじりトルクのおかげで、ロッドに固定された電荷の近くにもたらされる別の電荷によって及ぼされるトルクを補償することで構成されます。
クーロン定数
クーロンの法則の表現に介在する前因数はクーロン定数とも呼ばれ、次のように定義されます。
- $$ {k_{\rm C} = \frac {1}{4 \pi \varepsilon_0} = \frac {c^2}{10^7} = 8,987\;551\;79\cdot10^9\;N\cdot m^2\cdot C^{-2}} $$。
クーロン力
動径ベクトルrの点にある電荷 q が、動径ベクトル rの点にある電荷qに及ぼす力F は、次のように表されます。
- $$ {symbol F_{1/2} = \frac{q_1 q_2}{4 \pi \epsilon_0}\frac{symbol r_2 – symbol r_1}{|symbol r_2 – symbol r_1|^3}} $$、
ここで、 ε ≅ 8.854×10 -12 F m -1 は、誘電率または真空誘電率と呼ばれる普遍定数です。クーロンの法則は、移動料金には有効ではなく、両方が固定されている基準枠内でのみ有効です。このように述べられたクーロンの法則は、実際には、電荷がニュートン力学から生じる他の単位と比較不可能な物理量である単位系に当てはまります。この新しい単位は、真空誘電率に対する 2 つの電荷の積の比が機械単位 (この場合は力と表面の積) になるように誘電率の導入を動機付けます。代わりに、あまり啓発的ではありませんが、電荷を充電するために新しい単位を必要としない別の単位系を使用することもできます。最も頻繁に使用される単位系はCGS 系であり、法律はより単純に記述されています。
- $$ {symbol F_{1/2} = q_1 q_2 \frac{symbol r_2 – symbol r_1}{|symbol r_2 – symbol r_1|^3}} $$。
この場合、距離はセンチメートルで、力はダインで表す必要があります。この場合、cgs システムは主にアングロサクソン諸国で使用されているため、電荷には英語のElectrostatic ユニットに由来するエレクトロスタティック ユニット (または「esu」) と呼ばれるハイブリッドユニットが使用されます。